一种增透膜剩余反射率测试陪片的制作方法

1.本发明涉及光学镀膜测试技术领域，尤其涉及一种增透膜剩余反射率测试陪片。


背景技术：

2.半导体激光器由于具有电光直接转换、体积小和寿命长等优点，尤其是1310nm与1550nm激光器芯片已广泛应用于光纤传输领域。半导体激光器需要在芯片端面镀膜以改善激射特性和提高输出功率。镀膜包括高反膜和增透膜。增透膜又称减反射膜，主要用于增加激光在芯片端面的透射、减少反射。通常用剩余反射率表征增透膜的性能。增透膜剩余反射率以及反射谱与目标波长的相对位置对激光器件性能有重要影响。尤其是光纤通信、微波雷达和毫米波雷达应用领域，分布式反馈激光器和窄线宽半导体激光器对激光器芯片出光面增透膜的反射率测试精度要求越来越高。
3.由于半导体激光器芯片端面面积较小、芯片本身价值高，不适宜直接将半导体激光器芯片用于增透膜剩余反射率测试。
4.传统增透膜剩余反射率测试中，通常采用双面抛光硅片作陪片，在陪片上镀增透膜，使用分光光度计对增透膜进行剩余反射率测试。采用双面抛光硅片，由于上下两个表面反射光相互干涉、产生干扰，导致测试曲线抖动较大、不是平滑的测试曲线，从而降低了测试精度。


技术实现要素：

5.本发明实施例提供了一种增透膜剩余反射率测试陪片，以解决测试精度低的问题。
6.第一方面，本发明实施例提供了一种增透膜剩余反射率测试陪片，所述陪片为单面抛光片；
7.所述陪片对测试波长的吸收系数大于40每厘米；
8.所述陪片的材料是掺杂浓度大于1.9*10
18
每立方厘米的n型掺杂材料。
9.在一种可能的实现方式中，所述n型掺杂材料的类型与待测激光器芯片的衬底的材料一致。
10.在一种可能的实现方式中，所述n型掺杂材料包括磷化铟。
11.在一种可能的实现方式中，所述测试波长的范围为1300纳米至1570纳米；
12.相应的所述陪片用于测试磷化铟/铟镓砷激光器的增透膜剩余反射率。
13.在一种可能的实现方式中，所述n型掺杂材料包括砷化镓。
14.在一种可能的实现方式中，所述n型掺杂材料的掺杂元素为硫。
15.在一种可能的实现方式中，所述陪片的抛光面的粗糙度小于0.3纳米。
16.在一种可能的实现方式中，所述陪片的厚度范围为750微米至1000微米。
17.在一种可能的实现方式中，所述陪片的厚度偏差小于15微米。
18.在一种可能的实现方式中，所述陪片的翘曲度小于12微米。
19.本发明实施例提供一种增透膜剩余反射率测试陪片，所述陪片为单面抛光片；所述陪片对测试波长的吸收系数大于40每厘米；所述陪片的材料是掺杂浓度大于1.9*10
18
每立方厘米的n型掺杂材料。通过采用对激光器芯片相应波段具有强吸收作用的材料作陪片，降低了陪片背面的反射光强度，减小了背面反射光对正面反射光的干涉作用，减小了测试曲线的抖动，提高了增透膜剩余反射率测试精度。
附图说明
20.为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
21.图1是本发明实施例提供的一种增透膜剩余反射率测试陪片的测试原理图；
22.图2是本发明实施例提供的剩余反射率测试结果对比图。
具体实施方式
23.为了使本技术领域的人员更好地理解本方案，下面将结合本方案实施例中的附图，对本方案实施例中的技术方案进行清楚地描述，显然，所描述的实施例是本方案一部分的实施例，而不是全部的实施例。基于本方案中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本方案保护的范围。
24.本方案的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“包括”以及其他任何变形，是指“包括但不限于”，意图在于覆盖不排他的包含，并不仅限于文中列举的示例。此外，术语“第一”和“第二”等是用于区别不同对象，而非用于描述特定顺序。
25.以下结合具体附图对本发明的实现进行详细的描述：
26.图1为本发明实施例提供的一种增透膜剩余反射率测试陪片的测试原理图。参照图1，本发明实施例提供了一种增透膜剩余反射率测试陪片1，陪片1为单面抛光片；
27.陪片1对测试波长的吸收系数大于40每厘米；
28.陪片1的材料是掺杂浓度大于1.9*10
18
每立方厘米的n型掺杂材料。
29.在一个可选的实施例中，增透膜剩余反射率的测试原理包括：在陪片1的抛光面上镀增透膜2；使用分光光度计以固定角度照射增透膜2；测量增透膜反射光b的光强，获得剩余反射率。
30.入射光a在增透膜2的表面经反射后产生增透膜反射光b；入射光a在陪片1上表面经透射后产生透射光d；透射光d经陪片1的下表面反射后在陪片1的上表面产生背面反射光c；背面反射光c与增透膜反射光b产生干涉效应，使增透膜剩余反射率的测试曲线发生抖动，从而降低测试精度。
31.本发明实施例提供的陪片1对测试波长的吸收系数大于40每厘米。通过增加陪片1材料对相应测试波长光吸收系数，增强陪片1材料对测试光的吸收，以降低背面反射光c的光强，减小了背面反射光c对正面增透膜反射光b的干涉作用，减小了测试曲线的抖动，提高了增透膜剩余反射率测试精度。
32.单面抛光片的抛光面镀增透膜2，背面不抛光，可降低背面反射光c，进一步减少背
面反射光c对增透膜反射光b的干涉效应。因为激光器芯片器件端面是平整平面，上表面抛光后镀增透膜2，与器件应用场景保持一致。
33.根据材料对光的线性吸收机制，出射光强度i1与入射光强度i0在材料内的传播距离l有关。
34.i1＝i0e-αl
35.α为材料对此波长吸收系数，单位为cm-1
。根据以上线性吸收公式，
[0036][0037]
制备不同掺杂浓度的n型磷化铟材料；分别测试上述材料在1310nm与1550nm波长的吸收系数。n型磷化铟材料掺杂浓度与吸收系数对应关系如下：
[0038][0039][0040]
在一个可选的实施例中，测试波长为1550nm，空气折射率n1为1，磷化铟陪片1的折射率n2为3.2，磷化铟陪片1的n型掺杂浓度为1.9e18cm-3
，1550nm波长对应的吸收系数为60cm-1
，测试片衬底厚度h为750μm，分光光度计入射光角度θ1＝5
°
，根据以下公式计算θ2[0041][0042]
透射光在厚度为h的衬底内总路径长度s＝d e＝2e，计算如下：
[0043][0044]
透射光d光强为id；光由磷化铟射入空气中时，磷化铟与空气界面反射光与透射光的光强关系ie/if＝3/7，陪片1背面为非抛光面时，实际比例会更低，即背面反射光c的光强会更弱。
[0045]
根据吸收损耗计算公式，背面反射光c的光强度为：id3.69e-5，即陪片1可大幅降低背面反射光c的光强度，进而降低背面反射光c与增透膜反射光b的干涉效应。
[0046]
在一个可选的实施例中，陪片1的掺杂浓度大于1.9e18/cm3且小于6.6e18/cm3。随掺杂浓度的增加，掺杂浓度超过6.6e18/cm3后，掺杂工艺难度、掺杂工艺成本不断增加，且高掺杂材料易碎、不便于加工和使用。在一个可选的实施例中，陪片1的掺杂浓度小于6.6e18/cm3。
[0047]
在一个可选的实施例中，n型掺杂材料的类型与待测激光器芯片的衬底的材料一致。传统测试方法中用硅作陪片；硅片折的射率与实际激光器芯片波导材料折射率匹配；硅片在1310nm/1550nm波段的折射率为3.5，而磷化铟激光器芯片的波导折射率为3.2；折射率不匹配不仅造成反射率测试的绝对值偏差，还造成反射率曲线的反射带的飘移。陪片1的n型掺杂材料的类型与待测激光器芯片的衬底的材料一致，材料的折射率一致，可有效降低剩余反射率测试的绝对值偏差。
[0048]
在一个可选的实施例中，n型掺杂材料包括磷化铟。
[0049]
相应的，在一个可选的实施例中，测试波长的范围为1300纳米至1570纳米；
[0050]
相应的陪片1用于测试磷化铟/铟镓砷激光器的增透膜剩余反射率。
[0051]
在一个可选的实施例中，n型掺杂材料包括砷化镓。
[0052]
相应的，在一个可选的实施例中，测试波长的范围为700纳米至900纳米；
[0053]
相应的陪片1用于测试砷化镓/铝镓砷激光器的增透膜剩余反射率。
[0054]
在一个可选的实施例中，n型掺杂材料的掺杂元素为硫。
[0055]
在一个可选的实施例中，陪片1的抛光面的粗糙度小于0.3纳米。
[0056]
在一个可选的实施例中，陪片1的厚度范围为750微米至1000微米。
[0057]
在一个可选的实施例中，陪片1的厚度偏差小于15微米。厚度偏差为陪片1的实际厚度与目标厚度的差值。示例性的，目标厚度为750微米，陪片1的实际厚度大于735微米、小于765微米。
[0058]
在一个可选的实施例中，陪片1的翘曲度小于12微米。翘曲度是陪片1上表面中心与边缘由于弯曲导致的高度差。
[0059]
图2是本发明实施例提供的剩余反射率测试结果对比图。参照图2，本发明实施例提供了一种1550nm磷化铟激光器芯片出光面增透膜反射率测试结果对比。测试结果为同一膜层结构采用不同测试陪片的测试获得。测试结果1为使用硅片作为陪片的测试结果；测试结果2为使用本发明实施例提供的n型掺杂磷化铟陪片1测试结果；上述陪片的掺杂浓度1.9e18cm-3
，对应吸收系数为60cm-1
。参照测试结果对比，采用本发明实施例提供的陪片测试，降低了陪片1背面的反射光强度，减小了背面反射光对正面反射光的干涉作用，测试曲线抖动减小，测试精度提高；并且由于陪片1折射率与激光器芯片折射率一致，从而避免了反射率最低带宽与设计值之间的偏移，提高了测试谱位置准确性。
[0060]
本发明实施例提供了一种增透膜剩余反射率测试陪片的测试方法，
[0061]
在陪片1的表面镀增透膜2；陪片1的材料是掺杂浓度大于1.9*10
18
每立方厘米的n型掺杂材料。
[0062]
用分光光度计进行增透膜2的剩余反射率测试。
[0063]
示例性的，该方法可用于在激光器芯片批量生产镀膜前，采用测试陪片1进行镀膜前验证增透膜剩余反射率。测试结果满足设计要求后再对正式产品进行镀膜。
[0064]
示例性的，该方法可随激光器芯片同时镀膜，用于监测批量镀膜中的增透膜剩余
反射率。
[0065]
在一个可选的实施例中，在用分光光度计进行增透膜2的剩余反射率测试前，进行全透射与全反射校准；目的是去除测试结果中的测试系统固定误差。
[0066]
在一个可选的实施例中，分光光度计测试中入射光的入射角度小于5度。
[0067]
在一个可选的实施例中，该方法还可用于验证目标波长最低剩余反射率、反射带宽。目标波长最低剩余反射率为目标波长剩余反射率测试结果中最小值。反射带宽为剩余反射率测试曲线中低于目标剩余反射率的波长范围。
[0068]
电吸收调制激光器、增益芯片和超辐射发光二极管等芯片出光面需要极低反射率来抑制腔面模式的激发。示例性的，本发明实施例提供的测试方法还适用于电吸收调制激光器、增益芯片和超辐射发光二极管芯片的出光面增透膜剩余反射率测试。
[0069]
本发明实施例提供了一种增透膜剩余反射率测试陪片的制备方法，包括：
[0070]
采用拉制法制备掺杂浓度大于1.9*10
18
每立方厘米的n型掺杂单晶。
[0071]
将n型掺杂单晶切割成相同厚度的n型掺杂晶圆。
[0072]
对n型掺杂晶圆进行单面抛光。
[0073]
将n型掺杂晶圆切割成相同大小的陪片1。
[0074]
示例性的，陪片1的大小与镀膜设备的夹具尺寸相当。
[0075]
在一个可选的实施例中，n型掺杂材料的掺杂元素为硫。
[0076]
在一个可选的实施例中，陪片1的抛光面的粗糙度小于0.3纳米。
[0077]
在一个可选的实施例中，陪片1的厚度范围为750微米至1000微米。
[0078]
在一个可选的实施例中，陪片1的厚度偏差小于15微米。
[0079]
在一个可选的实施例中，陪片1的翘曲度小于12微米。
[0080]
以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。